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胶黏剂主要成分的超详细介绍

  胶黏剂的组成因其原料的来源和用途不同而存在很大差异。天然胶黏剂的组成比较简单,多为单组分;而合成胶黏剂则较为复杂,除了起基本粘接作用的物质之外,为了满足特定的使用功能还需要加入各种配合剂。例如,为了加速固化、缩短粘接时间、降低反应温度,可以加入催化剂、促进剂等;加入防老剂则能够提高耐大气老化、热老化、臭氧老化等;加入填料不仅可以增加强度,还可以降低成本;而增塑剂或增韧剂的加入则能够降低胶层刚性,增加韧性;稀释剂的加入则可以降低黏度、改善施工性能。

  一般来讲,胶黏剂包括主料、辅料和助剂等部分。其中主料主要有黏料(胶料)和固化剂,有了这两种原料,胶黏剂就能起到一般的粘接作用。当然,对于有些胶黏剂来说,在一定的外部条件下,无固化剂也能固化,如升高温度。辅料与助剂主要包括:促进剂、增韧剂、增塑剂、增稠剂、稀释剂、防老剂、阻聚剂、偶联剂、引发剂、光敏剂、消泡剂、防腐剂、填充剂、溶剂等。除胶料是必不可少的外,其余的组分要视具体要求而定。

主料

  (1)胶料 

  胶料也称为基料或黏料,是使两个被粘物结合在一起时起主要作用的组分,它决定着胶黏剂的基本性能。可用作胶黏剂的胶料的有天然高分子化合物、改性天然高分子化合物、合成高分子化合物、有机化合物、无机化合物等多种。

  ①天然高分子化合物 可用于配制胶黏剂的天然高分子化合物有淀粉、糊精、桃胶、阿拉伯树胶、骨胶、皮胶、明胶、鱼胶、虫胶、植物蛋白、酪素、血粉、松香、沥青、天然橡胶等。②改性天然高分子化合物 一些天然高分子化合物经过适当的化学改性,可以用作胶黏剂的胶料,如硝酸纤维素、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、松香酚醛树脂、改性淀粉、氯化橡胶等。③合成高分子化合物 合成高分子化合物是胶黏剂当中性能最好、用量最多的胶料,包括合成树脂、合成橡胶、热塑性弹性体等。④有机化合物 有些合成胶黏剂的主要成分并不是高分子化合物或预聚体,而是低分子的有机化合物(或称为单体),但最终产物是高分子化合物,瞬间胶黏剂和厌氧胶黏剂便属于此类。⑤无机化合物 硅酸盐、硝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氧化镁、氧化锌等无机化合物能够配制无机胶黏剂,无机胶黏剂具有独特的耐高温性能。

  (2)固化剂 

  对于某些类型的胶黏剂,固化剂对胶黏剂的性能有着重要的影响,应根据胶黏剂中黏料的类型、粘接件的性能要求、具体的工艺方法、环保问题、健康危害和价格等选择较为理想的固化剂。

  固化剂又叫硬化剂、熟化剂,是胶黏剂中最主要的配合材料。它直接或者通过催化剂与主体聚合物进行反应,在较短的时间内能将可溶、可熔的线型结构高分子化合物转变为不溶、不熔的体型结构,同时,固化剂参与化学反应而成为固化物的一部分。固化剂分子的引入,使分子间距离、形态、热稳定性、化学稳定性等都发生了显著变化。对于一些树脂如环氧树脂、脲醛树脂等固化剂是不可缺少的。

辅料与助剂

  (1)促进剂

  凡能加快胶黏剂固化反应速率的物质,均可称为促进剂。促进剂的加入能加速胶黏剂中主体聚合物与固化剂反应、缩短固化时间、降低固化温度、减少固化剂用量以及调节胶黏剂中树脂的固化速率。同时,促进剂的加入还可改善物理机械性能。例如:DMP-30可使环氧-聚硫-低分子聚酰胺胶黏剂低于15℃也能固化;2-乙基-4-甲基咪唑可降低双氰胺固化环氧树脂的温度。

  (2)增塑剂与增韧剂

  ①增塑剂

  增塑剂是一类能增加胶黏剂的流动性,并使胶膜具有柔韧性的高沸点、难挥发性液体或低熔点的固体。增塑剂的黏度低、沸点高,因而能增加树脂的流动性,有利于浸润、扩散和吸附。增塑剂一般不与胶黏剂的主体成分发生化学反应,可以认为它是一个惰性的树脂状或单体状的“填料”,在固化过程中有从体系中离析的现象,靠削弱聚合物分子间力的物理作用来减低脆性,增加韧性,但胶黏剂胶膜的刚性、强度、热变形温度都会出现下降。增塑剂与胶黏剂的组分必须有良好的相容性,以保证胶黏剂性能稳定耐久。常用的增塑剂有:邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二戊酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯等。

  ②增韧剂

  增韧剂是一种含有活性基团、能与树脂发生作用的化合物,能与胶料起反应成为固化体系的一部分,但固化后又不完全相容,有时甚至还要分相。增韧剂能改进胶的剪切强度、剥离强度、低温性能和柔韧性。增韧剂的活性基团直接参加胶料反应,既能改进胶黏剂的脆性、开裂等缺陷,又不影响胶黏剂的主要性能,同时还能提高胶的冲击强度和伸长率。如端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)就是环氧树脂优良的增韧剂,环氧树脂-CTBN体系120℃固化后剥离强度为4.4~13.2kN/m,剪切强度27~41MPa。常用的增韧剂有如下几种:不饱和聚酯树脂、聚硫橡胶、丁腈橡胶、液体丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯等。

  (3)稀释剂与溶剂

  ①稀释剂

  稀释剂是一种能降低胶黏剂黏度的易流动液体。加入稀释剂可以使胶黏剂具有良好的浸透力,能提高湿润性、改善胶黏剂的工艺性、降低胶黏剂的活性,从而延长胶黏剂的使用期。稀释剂大致分为两类,即能参与固化反应的活性稀释剂和只发生物理混合的挥发或不挥发的非活性稀释剂。活性稀释剂的分子中含有活性基团,在稀释胶黏剂的过程中要参加反应,并有气体逸出,能够改善胶黏剂的某些性能。活性稀释剂多用于环氧树脂胶黏剂中,其他类型的胶黏剂使用较少。非活性稀释剂在稀释过程中不参加反应,仅达到机械混合和降低黏度的目的。加入稀释剂后可以加入更多的填料,以改变胶黏剂性能,也能降低成本。

  ②溶剂

  是指能够降低某些固体或液体分子间力,而使被溶物质分散为分子或离子的液体,是溶剂型胶黏剂不可缺少的组分。一般的有机溶剂都有一定的毒性、易燃性、易爆性,对环境有污染,对安全有隐患。因此,溶剂型胶黏剂正逐步受到限制。溶剂在橡胶胶黏剂中用得较多,在其他胶黏剂中用得极少。它的作用与非活性稀释剂的作用基本相同,只是在稀释的程度上有所差别。在胶黏剂中加入不同的溶剂,胶黏剂的黏度不同,物理性能也不同。

  (4)填料

  填料是胶黏剂重要的配合剂之一,对于改进胶黏剂的性能和降低产品成本有着十分重要的作用。具有补强、增稠、增容、阻燃、耐磨、增大硬度、降低收缩性、减少热膨胀系数,增加导热性、导电性、触变性,提高耐水性、耐热性、耐老化性、延长适用期等多种功能。一般情况下,填料不与胶料、固化剂等组分发生化学反应,其主要作用如下。

  ①提高力学性能

  常用的填料,如金属粉末、金属氧化物等均可提高胶黏剂的压缩强度、尺寸稳定性,降低收缩率。但也会降低胶黏剂的某些性能,如剥离强度等。橡胶中加入炭黑、白炭黑、碳酸钙等可提高拉伸强度、硬度和耐磨性。②赋予胶黏剂新的功能 胶黏剂中加入银粉制成导电胶;用羰基铁粉制造导磁胶;用铜、铝粉作填料,改善胶黏剂的导热性;环氧树脂中加入铬酸锌,可提高强度的保持率,在填料中加50%的三氧化锑,可增强抗氧化破坏能力;加入Zr(SiO3)2可降低环氧树脂的吸水性;加入气相SiO2可改善胶黏剂的触变性,改善工艺操作性能。

  ③减小接头应力

  固化反应经常是放热反应,填料可以防止局部过热;粘接过程多数情况产生固化收缩,填料可以调节收缩,如脲醛树脂中加入面粉生产粘接板时,可以提高胶液的黏度,防止胶液向木材内过度浸透,造成缺胶和透胶。④改善操作工艺 胶黏剂可以通过填料增稠获得触变性,可以调节固化速率,延长使用寿命,利于操作施工。填料用量要适当,既要提供相应的功能,又要保证胶黏剂配方的整体优越性。在调胶配方中,填料会使胶黏剂的黏度增大,操作困难,胶液混合不匀,胶黏剂与被粘物的浸润性变差,导致粘接强度降低。

  (5)偶联剂

  在粘接过程中,为了使胶黏剂和被粘物表面之间形成一层牢固的界面层,使原来直接不能粘接或难粘接的材料之间通过这一界面层使其粘接力提高,这一界面层的成分称为偶联剂。

  (6)其他助剂

  为满足某些特殊要求,改善胶黏剂的某一特性,有时还加入一些特定的添加剂。加入防老剂以提高耐大气老化性;加入防霉剂以防止细菌霉变;加入增黏剂以增加胶液的黏附性和黏度;加入阻聚剂以提高胶液的贮存性;加入阻燃剂以使胶层不易燃烧,提高粘接制品的耐燃性。它们不是必备的组分,依据配方主成分的特性和胶黏剂的要求而定。



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